初中科学实验教学中的“问题链”设计与分析——以“金属的化学性质”为例

胡国强

(上海外国语大学附属浙江宏达学校 浙江嘉兴 314400)

随着学科核心素养概念的提出，初中科学教学已经从科学知识为主的教学，转为以科学知识为载体的科学思维教学。教师的教学任务是通过教学设计，将科学思维训练贯穿在科学课堂中。特别是在科学实验探究教学中，要渗透科学思维的教学[1]。

本文以“金属的化学性质”教学为例，分析教学设计过程中如何通过问题链的设计，挖掘不同知识版块之间的联系，提升课堂思维含量，推动学生围绕问题链积极思考，提升思维高度，实现教学目标。

一、看读教材，梳理实验教学中的知识结构

“金属的化学性质”通过金属与氧气、酸等物质的反应实验，归纳得出金属的化学性质，这是一节典型的以实验教学为载体的科学课。“金属的化学性质”知识版块清晰，包括三组实验：1.通过金属与氧气的反应；2.通过金属与酸的反应；3.通过金属与盐溶液的反应。通过三组实验，总结出金属活动性顺序。

在分析教材的过程中，我发现了两个问题：一是三个实验版块之间联系不明显；二是教材在设计探究“比较铁与铜、铜与银的化学活动性”时，提出了一个比较“突兀”的假设：一种活动性较强的金属能将另一种活动性较弱的金属从它的盐溶液里置换出来。实际上，学生尚未接触金属与盐的反应，根据已有知识，无法建立和理解教材的假设。

二、分析教材，挖掘实验教学中的科学方法

从常规的科学实验教学方法看，“金属的化学性质”按“实验—现象—结论”的过程开展即可。从思维教学的角度看，缺乏教学的深度。如何找到不同实验版块之间的联系，进而将实验教学提升到思维教学的高度呢？

研究教材发现，金属活动顺序就是对金属活泼性进行排序。那么，在金属与氧气反应的现象中，能否得出相关金属的活动性排序呢？比如，镁带能在空气中燃烧，而铜丝加热不能点燃，只能生成氧化物，说明镁比铜活泼。进一步推理，金属铁不能在空气中燃烧，但能在空气中氧化生锈，说明铁比镁不活泼，比铜活泼。在金属与酸的互相作用现象中，也有类似的科学思维：镁带与酸反应剧烈，锌与酸反应较剧烈，铜与酸不能反应置换出氢气，由此可以得出镁的活泼性大于锌，锌的活泼性大于铜[2]。

通过分析，对教材中三组实验的设计目的更加清晰，看似独立的三个实验版块之间有了科学方法上的统一性：归纳法、演绎法与科学推理。通过金属与氧气、金属与酸的反应实验归纳金属的活泼性大小，从而推理出金属与金属盐溶液反应中的活泼性差异，为金属活动性顺序做好铺垫。三组实验呈阶梯式递进，科学思维环环相扣、层层深入。

三、建构教材，设计实验教学中的问题链

通过看读教材，分析教材，对“金属的化学性质”内容有了更深的理解。备课的重点从备实验过程上升到备科学思维发生的过程。为了解决上文中提到的实验版块联系不明显、探究假设突兀的问题，教师要围绕教学目标，设计具有一定情境性、符合学生思维水平的问题链[3]。

（一）问题链的设计

问题链的设计要有逻辑性和递进性，借助一环一环的问题链，推进学生的探究逐步深入，直到达成预设的教学目的。基于对教材的的理解，可以重新建构教材，以达到问题链设计的流畅性。

问1：金属镁可以在氧气中剧烈燃烧生成氧化物，金属铜加热不能燃烧，也生成了氧化物，说明金属镁和铜化学性质的活泼性有什么差异？

问2：铁丝在氧气中可以燃烧，在空气中不能燃烧，但在常温下可以与氧气等物质生成氧化铁，请推测出铁、镁、铜的活泼性强弱。

问3：我们知道金属锌在空气中不容易被腐蚀，铜也不容易被氧化，那么锌和铜活泼性如何比较？（学生可能不知）

问4：我们知道酸与金属反应产生氢气，根据金属与氧气的反应，你能想到其他判断金属活泼性的方法吗？

问5：通过金属与酸的反应，也能够判断金属的活泼性强弱。但是，铜和银都不能和酸置换出氢气，如何比较铜和银的活动性强弱？

（实验：铁丝与硫酸铜溶液反应，铁丝表面产生了红色的铜。）

问6：通过铁、铜分别与氧气和酸的反应，我们知道铁的活泼性比铜强，在科学上，金属的活泼性可以用金属的活动性顺序来表示。根据这个反应方程式Fe+CuSO=FeSO+Cu，你可以得出什么结论？

通过学生回答，引导纠正，得出一种活动性较强的金属能将另一种活动性较弱的金属从它的盐溶液里置换出来。

问7：根据这个结论，你能否设计实验比较铜和银的活动性强弱？

学生：将铜丝放入硝酸银溶液中；将银丝放入硝酸铜溶液中。

教师演示实验，得出金属活动性由大到小为铁、铜、银。

问8：在本节课中，我们掌握了三种可以比较金属活动性顺序的方法，你觉得哪种方法最好，为什么？

（二）问题链的分析

在这个案例的问题链设计中，问题之间存在逻辑关系，并具有不同的设问功能。问题1直截了当地将金属与氧气的反应与金属的活泼性联系在一起，将学生的思维迅速引入问题链的预设；问题3是实验组间的过渡，设置了一定的困惑，激起学生的思考热情，并引出了问题4；问题5再次设置了思维障碍，进一步激发了学生的探究欲望，引出铁与硫酸铜反应演示实验；问题6根据实验现象，重新建构了教材中的探究过程，略过假设环节，直接根据实验现象推导出初步的结论，更符合学生的思维能力；问题8作为问题链的“终问”，将前面7个问题中涉及的知识和方法进行了总结，通过对比分析并阐述理由，进一步提升学生评价、辨析的科学思维能力。

可见，科学实验教学中，问题链需要根据教学内容、学生思维水平进行设计，问题的指向明确，功能清晰。科学教材内容具有科学知识和思维的内在联系，这需要我们从科学思维、科学方法的角度，根据实验方案、现象、结论、应用，设计有利于学生思维生成和提升的问题链，在思考、表达、评价、纠正过程中，不断将科学思维教学融入科学学习，从而提升学生的科学核心素养。